基于预设性能的航天器姿态跟踪控制方法

发布时间：2024-03-17 00:36

　　随着卫星技术的进步和其业务范围的拓展,快速高精度的数据获取能力成为下一代卫星的发展需求。针对该需求,本文对考虑挠性的航天器姿态快速机动及跟踪问题进行研究,主要内容如下:针对挠性航天器的快速姿态机动问题,提出了一种可以同时实现机动时间最优和机动过程中挠性部件振动抑制的轨迹规划策略。轨迹的平滑性通过约束轨迹规划中力矩变化率的幅值来实现。通过时间指标和平滑指标的加权组合,可以获得一定平滑意义下的时间最优轨迹,另外,通过调节指标权值可以得到不同平滑程度和机动时间的目标轨迹。针对挠性航天器的姿态跟踪问题,首先给出了一种可以预设跟踪误差四元数响应过程的控制律。跟踪控制律中引入了神经网络来逼近姿态运动模型的非线性以及外界干扰,神经网络的参数调整由在线自适应律完成。其次,基于误差驱动的控制思想,提出了一种模型无关的可以预设姿态跟踪误差四元数及误差角速度响应过程的跟踪控制律,并指出随着参数选择的不同,控制律有两种简洁有效的特殊形式。通过推导挠性航天器姿态跟踪的Lagrange模型,证明了跟踪控制器的稳定性。通过平衡控制律对误差四元数和误差角速度的敏感性,大幅降低了控制器实际应用中的控制频率。最后,通过跟...

【文章页数】：97 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景和意义
    1.2 国内外研究现状及分析
        1.2.1 敏捷卫星发展现状
        1.2.2 航天器姿态机动控制方法研究现状
        1.2.3 航天器姿态跟踪控制方法研究现状
        1.2.4 振动抑制方法研究现状
        1.2.5 国内外文献综述简析
    1.3 本文主要研究内容
第2章 平滑时间最优轨迹规划
    2.1 引言
    2.2 航天器姿态运动模型
    2.3 平滑时间最优轨迹规划问题描述
        2.3.1 平滑指标的数学描述
        2.3.2 轨迹规划问题描述
    2.4 轨迹优化问题的求解
    2.5 对比仿真与分析
        2.5.1 时域分析
        2.5.2 频域分析
        2.5.3 指标权值与机动结果的关系
    2.6 本章小结
第3章 基于回声状态网络的自适应预设性能控制
    3.1 引言
    3.2 航天器姿态跟踪模型
    3.3 预设性能控制基本理论
    3.4 回声状态网络基本理论
    3.5 基于回声状态网络的自适应预设性能控制律
        3.5.1 控制问题描述
        3.5.2 控制器设计
        3.5.3 稳定性分析
    3.6 仿真与分析
        3.6.1 跟踪正弦变换角速度
        3.6.2 跟踪平滑时间最优姿态机动轨迹
        3.6.3 控制器分析
    3.7 本章小结
第4章 预设性能模型无关姿态跟踪控制
    4.1 引言
    4.2 航天器姿态跟踪的Lagrange模型
    4.3 控制器设计与分析
        4.3.1 控制器设计
        4.3.2 稳定性分析
        4.3.3 状态变量收敛区域分析
        4.3.4 控制器特殊形式
    4.4 仿真分析
        4.4.1 情形一——控制器完整形式仿真分析
        4.4.2 情形二——类似PD控制仿真分析
        4.4.3 情形三——只控制滤波误差形式仿真分析
        4.4.4 控制器分析
    4.5 本章小结
第5章 无角速度测量的预设性能姿态跟踪控制律
    5.1 引言
    5.2 跟踪微分器简介
    5.3 基于死区算子的饱和模型
    5.4 无角速度测量姿态跟踪控制器设计
        5.4.1 考虑力矩饱和的Lagrange模型
        5.4.2 无角速度测量的姿态跟踪控制器
    5.5 仿真与分析
        5.5.1 跟踪三轴正弦变化角速度
        5.5.2 预设性能参数设置的探讨
    5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果
致谢



本文编号：3930248